Experimentalphysik III (Atomphysik)

24 Kapitel 2. Atomistik der elektrischen Ladung
�E
Blenden
Photoplatte
Abb. 2.2: Massenspektrograph von Aston.
� B
D
Schnelle Teilchen ( ” steifer“) werden in
beiden Feldern schwächer abgelenkt als
langsame. Die Geschwindigkeitsfokussierung
bedeutet Unabhängigkeit der
Ablenkung D von der Geschwindigkeit
v. Durch Berechnung ergibt sich:
D = ε(a + b)
Die Photoplatte muß also in der Ebene liegen, die um den Winkel ε gegen den Primärstrahl
geneigt ist, und diesen in der Mitte des Kondensators schneidet. Durch eine Blende wird
ein mittleres ε festgelegt. Das Auflösungsvermögen dieses Spektrographen beträgt:
m
≈ 130
∆m
• Richtungsfokussierung (Dempster 1918)
S 1
S 2
Abb. 2.3: Sektor–
Massenspektrograph mit Richtungsfokussierung.
Zwei Strahlen mit gleicher Geschwindigkeit v, Ladung q und
Masse m aber unter verschiedenem Winkel haben im � B–Feld
den gleichen Krümmungsradius:
qvB = mv2
r
→ r = mv
qB .
Überkreuzen sich zwei Strahlen in S 1 ,soüberkreuzen sie sich auch in S 2 ! Da das Gerät nicht
nach Geschwindigkeit fokussiert, müssen die Ionen einheitliche Energie besitzen. Deshalb
benötigt man eine Quelle für monoenergetische Ionen.
• Doppelfokussierung (Mattauch 1934, Mattauch–Herzog 1940)
Präzisionsinstrumente
vereinigen Richtungsfokussierung und Geschwindigkeitsfokussierung. Ein Beispiel hierfür
gibt der doppelt fokussierende Massenspektrograph nach Mattauch und Herzog. Das
Auflösungsvermögen eines solchen Spektrographen liegt bei 20 000.
m
u
≈ 105
∆m
≈ 107
∆u
Ergebnisse: Auf Grund sorgfältiger Messungen mit Präzisionsspektrographen sind die relativen
Isotopenmassen heute sehr genau bekannt.
Mit Hilfe der Massenspektrographie ergab sich:
1. Es gibt Isotope, d.h. die Elemente sind chemisch gleich, haben jedoch unterschiedliche
Masse.
2. Massenbestimmung